真实积分电路设计指南

真实积分电路设计指南

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/mogutou520/article/details/139467644

积分电路是电子工程中的重要组成部分，广泛应用于信号处理、控制系统等领域。然而，理论上的积分电路在实际应用中往往存在诸多问题，如偏置电流影响、输入失调电压放大等。本文将详细介绍积分电路在实际设计中遇到的问题及其解决方案，并给出具体的设计实例。

1 理论积分电路

课本上的积分电路在实际工程中无法直接使用，主要存在以下问题：

1. 偏置电流会持续给电容C1充电；
2. 输入失调电压会被无限放大，因为C1在直流电压下相当于短路，导致噪声增益无限大，运放输出直接饱和。

2 解决办法

通过在电路中并联电阻R2，可以改变VOS直流信号的噪声增益。在这种情况下，噪声增益变为1 + R2/R1。例如，当R2为100KΩ，R1为1KΩ时，噪声增益为101。因此，R2的阻值不能取得太大。

3 并联R2的影响

与理想积分电路相比，增加R2后，低频段的响应会发生偏移，电路的积分特性会受到影响。但是，如果R2的阻值足够大，电路就会越接近理想的积分器特性。同时，噪声增益也会随之增大，这似乎形成了一个矛盾。

4 设计真实可用积分器

当并联电阻R2的阻值足够大时，电路的特征频率f0需要满足f0 * 100 ＜ 信号输入频率fin的条件，此时并联R2后的系统传递函数才会与理想积分器的传递函数相等。

5 实际设计实例

在设计实际可用的积分器时，需要考虑以下关键参数：

• 感兴趣的频率范围f1-f2
• 待测信号的幅度
• 设计R2的阻值

具体设计要求如下：

1. 输入信号频率大于100Hz
2. 100Hz时积分器增益为6.02dB
3. 输出失调电压小于100mV
4. 使用AD8622为核心运放

详细推导过程略。

6 真实积分器的问题

6.1 高频积分异常

为了确保积分器在高频段的性能，需要选择带宽足够的运放。运放的GBW（增益带宽积）应该大于50~100倍的最高关心频率fH。

6.2 方波输入时的输出毛刺

输出毛刺问题可以通过以下方式解决：

• 选择输出电阻小的运放，以减小阶跃分压
• 选择响应速度快的运放，以快速回归正常状态
• 一般推荐使用高速运放

实际验证表明：

• OPA187的GBW为550K
• LMP7701的GBW为2.5MHz

6.3 较大直流量输入

当积分器输入信号中含有直流量时，由于积分器的直流增益很大，容易造成输出饱和。此时可以考虑增加隔直电路。具体方法有：

• 方法一：该方法的最大优点是直流噪声增益等于1
• 方法二：可以选用大电阻R3，以避免使用大电容，但这种方法的直流噪声增益仍然很大